3. 牛顿第二定律ppt配套教案和课堂实录

课题

备课时间

课时教学目标

2012/8/21 实验《探究加速度与力、质量的关系》

课时安排

第（

1

）课时

共（

1

）课时

课型

复习课

1.理解探究加速度与力、质量关系的合理性和必要性

2.理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性

3.经历实验的操作和测量过程，以及通过图像处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦力、减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。

4.体会整个探究过程的科学性和合理性

教学重点

1．如何提出实验方案。并使实验方案合理可行。

教学重2．如何测量加速度和提供并测量物体所受的恒力。

点

3．如何用图像法分析所测物理量间关系。

与

教学难点

难

点

1．如何对实验方案进行实施。

2．对实验数据的进行分析并得出结论。

教学方法

打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码．

控制变量法、实验观察法、图象法、

教具准备

教学过程

环节

导

学

点

师生互动

投影考试说明：加速度与物体质量、物体受力的关系（实验、探究）

Ⅱ

实验探究能力要求：明确实验目的，理解实验原理和方法，控制实验条件。

会使用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行一定的分析和评价。

能在实验中，发现问题、提出问题，对解决问题的方式和问题的答案提出假设；能制定实验方案，对实验结果进行预测。

能运用学过的物理理论、实验方法和所给的实验仪器去解决问题，包括简单的设计性实验。

这部分内容属力学试验中的必考实验，是高考的重点和热点，考查要求的层次较高。

但学生对加速度的求解、平衡摩擦力、误差的分析、图像的分析、实验步骤、注意事项等出错较多，故得分较低，很有必要进行在学习。

引导学生自学，自主梳理填空，回答问题（学生自学实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、注意事项）

1．

在研究三个物理量之间关系时，用

控制变量法

方法实现。

当研究三个物理量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论。这种研究问题的方1

学

点

学

点

学

点

学

学

点

学

点

学

点

法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法。

思考：还有哪些地方用到这种方法？

2.用小车作为研究对象，通过在小车上

增减砝码

可以改变小车质量；在小车上挂一根细线，细线通过定滑轮拴一个小桶，小桶内可以放重物，这时小车受到的拉力大致是小桶及重物的重力，我们可以通过改变

小桶内的重物

改变小车受到的拉力。

3.如何根据现有器材测出（比较）小车的加速度? 用打点计时器

2方法一：测出初速度为零的匀加速直线运动的物体在t时间内的位移x，则x=1/2at；

方法二：在运动的物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度；

方法三：测出两个初速度为零的匀加速运动的物体在相同的时间内发生的位移x，则a∝x ；

4.用打点计时器测加速度的方法和公式是什么? 逐差法或图像法

5.每次小车开始释放时应尽量靠近 打点计时器 ，而且先 通电 再 放小车 ．

两点要求：（1）电火花计时器用的是220伏高压电，注意安全。（2）不要使钩码落地，也不要使小车碰到滑轮

6.怎样才能直观地反映出a与F是否成正比呢? 借助图象，用横轴表示拉力，用纵轴表示加速度，通过采集数据作a一F图象。如加速度随拉力的变化图线是一条过原点的直线，就说明a与F成正比。

7.怎样才能直观地反映出a与m是否反成比呢? 以a为纵坐标、1／m为横坐标建立坐标系，根据a-1／m图象是不是过原点的直线，就能判断加速度以是不是与质量m成反比。作图像时，要使尽可能多的点子在直线上，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线两侧，其目的是在数据处理时尽量减少偶然误差。

8.每次实验中均要求 M>>m ，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力．在本实验中，M保持不变，与mg(F)成正比，而实际加速度a与mg成非线性，当M和m均做匀加速运动时，可以得到

amMg Tmg

MmMm

当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg．关系，且m越大，图像斜率越小。

9.在小车运动过程中不可避免的要受到摩擦力的作用，这个摩擦力也会影响到小车的加速度，如何消除摩擦力的影响呢? 把木板没有定滑轮的一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止．同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力．

(1)当M一定时，a～F图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，如图①；图像与a轴截距为正数时，表明F＝0时，小车就有加速度a＝a0，即长木板的倾角过大，如图②；图像与水平轴相交时，表明小车加上拉力F＝F0时，其加速度a＝0，即长木板的倾角过小或没有1平衡摩擦力，如图③。(2）当F一定时，a～图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，M1如图①；图像与a轴截距为正数时，表明＝0、M→∞时，小车还有加速度a＝a0，即长木板M的倾角过大，如图②；图像与水平轴相交时，表明小车加上拉力F时，其加速度a＝0，即长木板的倾角过小或没有平衡摩擦力，如图③。

2

点

测

点

测

点

测

a②a②①③①③a0oFF0a0o1M01M

（3）可以使用气垫导轨、光电门进行实验；数据处理的方法：可以不测出小车的加速度，而是根据初速度为零的匀加速直线运动在相同的时间内，位移之比等于加速度之比，通过测在相同时间内的位移求加速度之比，比较加速度之比与力之比或质量之比，从而得出结论。

【课堂达标检测】

【例1】 在《验证牛顿第二定律》的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中错误的是 ( ) A．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上

B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源

D．小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量m及小车质量M，直接用公式a=mg求出(m<

A中平衡摩擦力实际上就是使小车所受重力的下滑分力与小车所受阻力相平衡，即mgsinθ=μmgcosθ，可见，平衡摩擦力时，不应将小桶系在小车上；实验时，先通电，待振针振动稳定后再放小车，使打点清晰，便于测量；小车加速度为实验测量的量，通过分析纸带得到．

点评 本题主要是考察该实验的操作及数据处理，只要对这些有一定了解，应该说是不难选择的．

【例2】 在《验证牛顿第二定律》的实验中备有下列器材：

A．打点计时器；B．天平(带砝码)；C．秒表；D．低压直流电源；E．纸带和复写纸；F．导线细线；G．小车；H．砂和小桶；I．带滑轮的长木板．

其中多余的器材是________________(填代号)、缺少的器材是__________。

解析 C、D；缺少的器材有低压交流电源，刻度尺、砝码．

点评 本题要求熟悉该实验的所需器材．

【例3】 如图(a)为《验证牛顿第二定律》的实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带．纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间是0．1 s，2距离如图，单位是cm，小车的加速度是________m/s，在验证质量一定时加速度以和合外力F的关系时，某学生根据实验数据作出了如图(b)所示的a-F、图象，其原因是_____．

2 解析 本题的答案为1．60 m/s，平衡摩擦力过剩，a的计算利用逐差法．

a(SDESAB)(SEFSBC)(SFGSCD)

29t3

点

练

(SDESEFSFG)(SABSBCSCD)

9t2(SSAD)SAD40.65213.15 AG1021.60(m/s2)

229t90.12点评 a的计算用公式△s=at，通过计算平均值确定a的大小，平均值的求解用逐差法计算较为精确，a-F图象的形状为不过原点的直线表明平衡摩擦力的操作存在问题．

【课后巩固检测】

1．在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法中正确的是( ) A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上

B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行

C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动

D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车

解析：本题考查实验过程中应注意的事项，选项A中平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细绳拴在小车上，A错；选项B、C、D符合正确的操作方法，B、C、D对．

2．

在“验证牛顿运动定律”的实验中，在研究加速度a与小车的质量M的关系时，由于没有注意始终满足M≫m的条件，结果得到的图象应是下图中的(

)

MmgFmg，则小车的加速度a＝＝，在研究加速度跟小车M＋mMM＋m质量M的关系时，保持m不变，若横轴为1/(M＋m)，则a－1/(M＋m)图象应是过原点的直线，mg当满足M≫m时，m可以忽略不计，a≈，a－1/M图象还可以满足图象是过原点的直线；当M小车的质量较小、不满足M≫m时，图象便发生向下弯曲．故选D. 解析：在本实验中绳中的张力F＝3．若测得某一物体质量M一定时，a与F的有关数据资料如下表所示。

a/m·s1.98 4.06 5.95 8.12 －2

F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 （1）根据表中数据，在图坐标中画出a－F图象。

（2）根据图象判定：当M一定时，a与F的关系为____________________________。

a/m·s-2a/m·s-2

10.0010.00

8.008.00

6.006.00

4.004.00

2.002.00F/NF/N

O1.002.003.004.00O1.002.003.004.00【答案】（1）如图所示；（2）正比关系。

4.

4

图3－4－7 如图3－4－7所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为砂桶和砂，B为定滑轮，C为滑块及上面添加的砝码，D为纸带，E为电火花计时器，F为蓄电池、电压为6 V，G是电键，请指出图中的三处错误：

(1)_______________________________________________________________________；

(2)_______________________________________________________________________；

(3)_______________________________________________________________________．

答案：(1)B接滑块的细线应水平(或与导轨平行) (2)C滑块离计时器太远

(3)E电火花计时器用的是220 V的交流电，不能接直流电

5．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图3－4－8所示．

(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图3－4－9所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之2间的距离．该小车的加速度a＝________ m/s.(结果保留两位有效数字)

(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：

砝码盘中砝码总重力F(N)

加速度a

(m·s2)

－0.196

0.392

0.588

0.784

0.980 0.69

1.18

1.66

2.18

2.70

5

请根据实验数据作出a－F的关系图象．

(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，请说明主要原因．

解析：根据Δx＝aT，可计算小车的加速度，a＝0.16 m/s，运用表格中给出的数据可0绘出图象，图象不过原点的主要原因是未计入砝码盘的重力．

答案：(1)0.16(0.15也可) 22(2)见右图 (3)未计入砝码的重力

6．为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：

(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？

答：________________________________________________________________________ (2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________．

A．m1＝5g

B．m2＝15g C．m3＝40g

D．m4＝400g (3)在此实验中需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：____________________(用Δt1、Δt2、D、S表示) [答案] (1)取下牵引砝码，M放在任意位置都能静止；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等

(2)D (3)a＝DΔt22－2sDΔt12

[解析] (2)本实验的目的是“探究加速度与力的关系”，若将砝码的重力(mg)看做是滑行器(M)的合外力，前提条件是m≪M，故选项D不合适．

(3)由v2－v1＝2as可得．

22

6

教学小结

控制变量法

测出（比较）小车的加速度

的方法

直观反映a-F、a-m的方法

如何减小实验误差

如何平衡摩擦力

实验的注意事项

完成课后巩固检测

实验《探究加速度与力、质量的关系》

一、控制变量法

二、测出（比较）小车的加速度

的方法

三、直观反映a-F、a-m关系的方法

图像法

四、如何减小实验误差

M>>m 五、如何平衡摩擦力

六、实验的注意事项

作业布置

板书设计

教学反思

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